DE4113458A1 - Vakuumofen mit begrenztem stroemungsquerschnitt in der heizkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vakuumöfen mit Gasüber­ druckabkühlung zur Wärmebehandlung von metallischen Werkzeu­ gen und Bauteilen, wie beispielhaft in Fig. 1 dargestellt. Diese Öfen bestehen aus einem metallischen, zumeist mittels eines Doppelmantels wassergekühltem Gehäuse (a), in dem eine Heizkammer (b) aus geeignetem thermischen Isoliermaterial eingebaut ist. Die Heizeinrichtung (c) - üblicherweise unter Nutzung von Graphitstäben oder -röhren - befindet sich in­ nerhalb dieser Heizkammer in der Nähe einiger oder aller Heizkammerflächen und umschließt somit den eigentlichen Nutz- oder Chargenraum (d).

Neben der Heizkammer ist ein leistungsstarkes Umwälzgebläse (e) sowie ein Wärmetauscher (f) in das genannte Gehäuse in­ tegriert, die ihrerseits über entsprechende Strömungskanäle (g) mit der Heizkammer verbunden sind. Für die Erfindung ist es gleichgültig, ob der Nutzraum eine rechtwinklige - wie in Fig. 1 dargestellt - oder runde Grundfläche hat.

Nach Erwärmung des Wärmebehandlungsgutes auf die gewünschten höheren Temperaturen und nach ausreichender Verharrung bei diesen Temperaturen unter Vakuum oder Unterdruck wird das Gehäuse mit einem Neutralgas geflutet, um eine beschleunigte Abkühlung herbeizuführen. Mit Hilfe des Umwälzgebläses wird das Neutralgas, im folgenden kurz Kühlgas genannt, an dem Behandlungsgut vorbeigeleitet. Auf diese Weise wird die von dem Wärmebehandlungsgut zuvor aufgenommene Wärme gezielt an den Wärmetauscher abgeführt.

Es ist vielfach die Absicht der Wärmebehandler, diese Wärme während des Abkühlvorganges dem Wärmebehandlungsgut schnellstmöglich zu entziehen und somit die angestrebten Me­ talleigenschaften zu erreichen. Zu diesem Zweck wurden immer höhere Überdrücke im Ofengehäuse realisiert und immer lei­ stungsstärkere Umwälzaggregate installiert. Ein kritischer Punkt im Abkühlverhalten des Gesamtsystems wurde bisher aber nicht berücksichtigt.

Die Kühlwirkung des Kühlgases ist bekanntlich umso größer, je höher die Geschwindigkeit des an dem Behandlungsgut vor­ beiströmenden Gases ist. Daher wurden die Leistungen der Um­ wälzaggregate auch ständig erhöht. Andererseits nimmt die Strömungsgeschwindigkeit proportional zum Strömungsquer­ schnitt ab. Insbesondere die um das Wärmebehandlungsgut her­ um angeordnete Heizeinrichtung hat im allgemeinen eine er­ hebliche Erweiterung des wirksamen Strömungsquerschnittes zur Folge.

Ziel der Erfindung ist die Reduzierung des wirksamen Strö­ mungsquerschnittes innerhalb der Heizkammer und zwar insbe­ sondere im Bereich der Heizeinrichtungen. Wenn als Nutzraum eines Ofens der maximal zulässig mit Wärmebehandlungsgut zu füllende Teilbereich der Heizkammer betrachtet wird, so gilt im Sinne dieser Erfindung der Strömungsquerschnitt als mini­ mal, wenn die Strömung des Kühlgases ausschließlich auf den Querschnitt des Nutzraumes begrenzt ist. Veränderliche, das heißt einstellbare Blenden oder Strömungsbarrieren senkrecht zur Strömungsrichtung, die den Strömungsquerschnitt nicht nur an den Nutzraum, sondern an die tatsächliche Charge anpassen, sind nicht Bestandteil dieser Erfindung. Allein durch die fest installierte Reduzierung läßt sich der wirk­ same Strömungsquerschnitt im allgemeinen auf etwa den halben Wert gegenüber den herkömmlichen Gegebenheiten verringern, das heißt die Strömungsgeschwindigkeit verdoppeln.

Eine Lösung im Sinne dieser Erfindung ist in Fig. 2 darge­ stellt. Dabei wird beispielhaft eine senkrechte Strömung des Kühlgases angenommen. Von den Seitenflächen und bei Bedarf auch Stirnflächen der Heizkammer ragen vier beispielsweise sägezahnförmige Abdeckungen bzw. Vorsprünge, deren Form va­ riieren und im Extremfall zu einer Ebene entarten kann, bis fast an den Nutzraum heran. Ein geringer Sicherheitsabstand von weniger als 50 mm zwischen den Spitzen der sägezahnför­ migen Abdeckungen und dem Nutzraum sollte dabei eingehalten werden. Die Heizstäbe oder -rohre sind in den entstandenen seitlichen Nischen angeordnet. Auf diese Weise kann die von der Heizeinrichtung ausgehende Strahlungswärme das Behand­ lungsgut ungehindert erreichen. Die zur Strömungsrichtung des Kühlgases unter einem Winkel von weniger als 60 Grad schräg stehenden Sägezahnflächen lenken das strömende Kühl­ gas zudem noch auf das Behandlungsgut ab und erhöhen dadurch die Kühlwirkung.

Eine weitere Lösung im Sinne der Erfindung ist die Anordnung einer maximal 10 mm dicken Trennwand zwischen der Heizein­ richtung und dem Nutzraum. Siehe Fig. 3. Eine derartige Trennwand hat zwar eine gewisse isolierende Wirkung gegenüber der Strahlungswärme, vergleichsmäßig andererseits aber auch die Wärmestrahlung auf das Behandlungsgut.

Die dritte Lösung ist eine Nutzung der Trennwand als Hei­ zeinrichtung, siehe Fig. 4. Zur Vermeidung von elektrischen Überschlägen zwischen der Heizung und dem Behandlungsgut müssen dann jedoch Abstände von ca 50 mm zum Behandlungsgut eingehalten werden.

Claims (4)

1. Vakuumofen mit Überdruckabschreckung zur Wärme­ behandlung von metallischen Werkzeugen oder Bauteilen, da­ durch gekennzeichnet, daß durch geeignete Strömungshilfen die in der thermisch isolierten Heizkammer installierte Hei­ zeinrichtung gegenüber dem Kühlgasstrom so abgedeckt wird, daß der Kühlgasstrom praktisch auf den Nutzraum konzentriert bleibt.

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens 3 beispielsweise sägezahnförmige Abdeckungen in den Ofenraum hineinragen (siehe Fig. 2).

3. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß diese Abdeckung eine maximal 10 mm dicke Trennwand zwischen der Heizeinrichtung und dem Nutzraum ist (siehe Fig. 3).

4. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch spezielle Ausbildung einer plattenförmi­ gen Heizung der Kühlgasstrom auf den Nutzraum begrenzt bleibt (siehe Fig. 4).